Способ дистанционного обследования объектов электрических сетей с помощью тепловидеосъемочного устройства
Способ дистанционного обследования объектов электрических сетей содержит операции: а) съемка линий электропередачи тепловизионным сканером и цифровым фотоаппаратом, б) сохранение результатов в памяти компьютера, в) вычисление географических и картографических координат пикселов сканерного снимка, г) геометрическое трансформирование сканерного изображения в картографическую проекцию; д) получение нового сканерного изображения и записи его в память компьютера, е) на первом кадре и на новом сканерном изображении нахождение одноименных объектов и определение их взаимно корреляционных функций, аргументы которых характеризуют рассогласование местоположений объектов, ж) минимизация рассогласования местоположения одноименных объектов и получение первого кадра высокого пространственного разрешения и сохранение его, з) последовательность операций с (е) по (ж) повторяют с каждым следующим кадром цифрового фотоаппарата до совмещения последнего кадра серии, и) объединение серии кадров в одно двухслойное изображение высокого пространственного разрешения с известной температурой представленных на нем объектов. Технический результат - получение цветного двухслойного изображения высокого пространственного разрешения с известными географическими координатами и температурой представленных на нем объектов. 3 ил.
Изобретение относится к оптоэлектронным средствам получения и цифровой обработки изображений и может найти применение в энергетике при обследовании, то есть анализе состояния объектов электрических сетей путем определении источников теплового излучения с помощью тепловидеосъемочного устройства, например, разрушенных тепло- и электроизоляторов, перегруженных участков электропроводки, в авиационной и космической технике при съемке и картографировании природных объектов и инженерных сооружений.
В задачи дистанционного обследования объектов электрических сетей входят получение геопривязанных снимков инженерных сооружений, получение информации о температурном состоянии изоляторов и контактных групп линий электросети, причем для решения первой задачи используется съемка в видимом спектральном диапазоне, а для второй - тепловизионная съемка в диапазоне 12 мкм.
Одним из традиционных подходов получения геопривязанных снимков является фотографический метод, основным недостатком которого являются значительные затраты, связанные с предварительной оцифровкой и обработкой фотоматериалов. Известны технические решения по организации воздушной съемки инженерных сооружений и объектов земной поверхности с помощью компактных и недорогих цифровых фотоаппаратов. Географическая привязка таких кадров происходит вручную с использованием топогеодезических карт. Низкий уровень автоматизации и зависимость от опорных картографических данных ограничивают практическое использование данного способа.
При цифровой тепловизионной съемке повышение пространственного разрешения прямо пропорционально связано с усложнением аппаратуры дистанционного наблюдения и увеличением ее массогабаритных показателей, что для случаев воздушной съемки оказывается неприемлемым. Кроме того, в силу определенных физических явлений формируемые тепловизионные изображения являются слабоконтрастными и трудноразличимыми, что ограничивает практическое использование тепловизионных анализаторов.
Технический результат заключается в получении четких и контрастных геопривязанных изображений высокого пространственного разрешения, с известными температурными характеристиками представленных на нем объектов, сокращении временных затрат на формирование конечной продукции и требований, предъявляемых к техническим и стоимостным параметрам съемочной аппаратуры.
Поставленная цель достигается путем выполнения с летательного аппарата съемки линий электропередачи с помощью тепловизионного сканера низкого разрешения, сопряженного с навигационным GPS-приемником и системой измерения ориентации самолета, а также цифрового фотоаппарата с высоким пространственным разрешением, имеющим совмещенную со сканером полосу обзора; результаты съемки, представленные в виде непрерывного сканерного изображения и серии перекрывающихся кадров цифрового фотоаппарата, передают на компьютер и сохраняют их в памяти компьютера; с помощью компьютерных средств на основе априорной информации о параметрах перемещения визирующего луча сканера и передаваемых в составе сканерного изображения углах ориентации и пространственных координат летательного аппарата вычисляют географические и картографические координаты пикселов сканерного снимка; выполняют геометрическое трансформирование сканерного изображения в картографическую проекцию с размером пиксела, соответствующего разрешению цифрового фотоаппарата; по результатам геометрического трансформирования с помощью компьютерных средств получают новое сканерное изображение с известными географическими и картографическими координатами пикселов и записывают его в память компьютера; из указанной серии перекрывающихся кадров цифрового фотоаппарата с помощью компьютерных средств выбирают первый кадр, и с помощью процедуры корреляционно-экстремального анализа на этом кадре и новом сканерном изображении находят несколько участков с отображенными на них одноименными объектами и для каждой пары одноименных найденных участков изображений, определяют взаимно корреляционные функции, аргументы которых характеризуют рассогласование местоположений отображенных на изображениях одноименных объектов; минимизируют рассогласование местоположений отображенных на изображениях одноименных объектов и в результате минимизации рассогласования получают первый кадр высокого пространственного разрешения с известными географическими координатами отображенных на нем объектов линий электрических сетей и сохраняют его в памяти компьютера; с каждым следующим кадром серии перекрывающихся кадров цифрового фотоаппарата повторяют процесс минимизации рассогласования до минимизации последнего кадра серии; полученную серию перекрывающихся геопривязанных кадров, с помощью компьютерных средств объединяют в одно непрерывное двухслойное изображение высокого пространственного разрешения с известной температурой представленных на нем объектов, первый слой которого содержит четкое и контрастное изображение видимого спектрального канала, а второй, температурный слой, содержит соответствующие первому слою пикселы тепловизионного снимка.
Изобретение поясняется чертежами
Фиг.1 - поясняющая фигура способа картографирования линий электропередачи.
Фиг.2 - алгоритм реализации заявленного способа.
Фиг.3 - геопривязанное изображение высокого разрешения, содержащее линии электропередачи 110 кВ.
Способ основан на том, что с летательного аппарата, например с самолета выполняют одновременную съемку объектов линий электропередачи с помощью тепловидеосъемочного устройства, состоящего из сканера низкого пространственного разрешения и цифрового фотоаппарата высокого разрешения, имеющего совмещенную со сканером полосу обзора и работающего в режиме автоматической съемки (фиг.1). В ходе съемки в состав сканерного изображения заносятся текущие данные об углах ориентации и пространственных координатах самолета.
После сеанса съемки исходное сканерное изображение b(m, n), 
, 
и серию перекрывающихся кадров цифрового фотоаппарата 
передают, по каналам связи (по шине данных, спутниковым, телефонным или любым другим) в компьютер и сохраняют их на жесткий диск обрабатывающего компьютера или дополнительно на машиночитаемом носителе (CD-ROM, Flash card, или любой другой).
С помощью компьютерных средств по априорной информации о параметрах перемещения в пространстве визирующего луча сканера r(t), углах ориентации Ω(t)=[α(t), ω(t), χ(t)] и координатах самолета R(t)=[X(t), Y(t), Z(t)], с учетом уравнений картографического проектирования х=Фx[ϕ(t), λ(t)], y=Фу[ϕ(t), λ(t)], где t - время съемки, однозначно определяемое по номеру элемента сканерного изображения (m, n), t=f(m, n); ϕ, λ - геодезические координаты пиксела с номером [m, n), формируется математическая модель, описывающая связь плоскостных и картографических координат сканерного изображения x=Fx[Фx, r(t), Ω(t), R(t)], y=Fy[Фy, r(t), Ω(t), R(t)]. Геометрическое трансформирование исходного изображения b(m, n) в новое сканерное изображение d(x, y) с размером пиксела, соответствующим пространственному разрешению цифрового фотоаппарата, и известными геодезическими и картографическими координатами представленных на нем объектов осуществляется с помощью компьютерной программы, на основе математических функций Fx, Fy.
Далее выбирают первый кадр k1(m*, n*) цифрового фотоаппарата и с помощью процедуры корреляционно-экстремального анализа на этом кадре и новом сканером изображений d(x, y) находят несколько участков с отображенными на них одноименными объектами. Определяют взаимно корреляционные функции, аргументы которых характеризуют рассогласование местоположений отображенных на изображениях одноименных объектов.
На основе вычисленных аргументов рассогласований координат одноименных объектов с помощью метода наименьших квадратов определяют функции геометрического соответствия изображений k1(m*, n*) и d(x, y). Осуществляют минимизацию рассогласований координат одноименных объектов путем геометрического трансформирования изображения k1(m*, n*) в плоскость изображения d(x, y) с тем, чтобы совместить образы отображенных на изображениях одноименных объектов.
В результате полученного геометрического трансформирования получают первый кадр высокого пространственного разрешения с известными географическими координатами отображенных на нем объектов земной поверхности и линий электрических сетей. После этого выбирают следующий кадр k2(m*, n*) и процесс геометрического совмещения с изображением d(x, y) повторяется. После совмещения и геопривязки К-го кадра получают серию перекрывающихся геопривязанных кадров, которые объединяют в одно общее двухслойное изображение I(x, y). Первый слой содержит четкое и контрастное цветное изображение видимого спектрального диапазона, а второй, температурный слой, содержит соответствующие первому слою пикселы тепловизионного кадра.
При анализе контролируемых объектов электрических сетей на экране компьютера отображается первый слой совмещенного изображения, а температурные характеристики представленных на нем объектов считываются со второго, температурного слоя.
На фиг.3 приведено геопривязанное изображение высокого разрешения, содержащее линии электропередачи 110 кВ. Изображение получено в результате совместной обработки кадров цифрового фотоаппарата DX1 с изображением, сформированным самолетным сканером EAGLE, который имеет по отношению к фотоаппарату в 10 раз худшее пространственное разрешение.
Заявленный способ реализуется с помощью любого цифрового фотоаппарата, например DX1, а также самолетного сканера, например EAGLE. Обработка полученных изображений осуществляется при помощи компьютерных средств, состоящих, например из IBM/PC совместимого компьютера необходимым периферийным оборудованием, а также программного обеспечения, алгоритм функционирования которого приведен в описании.
Применение заявленного способа при воздушном обследовании линий электропередачи позволяет получать геопривязанные снимки с пространственным разрешением порядка 0,05-0,15 м и известными температурными параметрами объектов электрических сетей.
Способ дистанционного обследования объектов электрических сетей с помощью тепловидеосъемочного устройства, содержащий следующие операции:
а) с летательного аппарата выполняют съемку линий электропередачи с помощью тепловизионного сканера низкого разрешения, сопряженного с навигационным GPS-приемником и системой измерения ориентации самолета, а также цифрового фотоаппарата с высоким пространственным разрешением, имеющим совмещенную со сканером полосу обзора;
б) результаты съемки, представленные в виде непрерывного сканерного изображения и серии перекрывающихся кадров цифрового фотоаппарата, передают на компьютер и сохраняют их в памяти компьютера;
в) с помощью компьютерных средств на основе априорной информации о параметрах перемещения визирующего луча сканера и передаваемых в составе сканерного изображения углах ориентации и пространственных координат летательного аппарата вычисляют географические и картографические координаты пикселов сканерного снимка;
г) с помощью компьютерных средств выполняют геометрическое трансформирование сканерного изображения в картографическую проекцию с размером пиксела, соответствующего разрешению цифрового фотоаппарата;
д) по результатам геометрического трансформирования с помощью компьютерных средств получают новое сканерное изображение с известными географическими и картографическими координатами пикселов и записывают его в память компьютера;
е) из указанной серии перекрывающихся кадров цифрового фотоаппарата с помощью компьютерных средств выбирают первый кадр и с помощью процедуры корреляционно-экстремального анализа на этом кадре и новом сканерном изображении находят несколько участков с отображенными на них одноименными объектами и для каждой пары одноименных найденных участков изображений определяют взаимно корреляционные функции, аргументы которых характеризуют рассогласование местоположений отображенных на изображениях одноименных объектов;
ж) с помощью компьютерных средств минимизируют рассогласование местоположений отображенных на изображениях одноименных объектов и в результате минимизации рассогласования получают первый кадр высокого пространственного разрешения с известными географическими координатами отображенных на нем объектов линий электрических сетей и сохраняют его в памяти компьютера;
з) последовательность операций с (е) по (ж) повторяют с каждым следующим кадром серии перекрывающихся кадров цифрового фотоаппарата до совмещения последнего кадра серии;
и) полученную серию перекрывающихся геопривязанных кадров с помощью компьютерных средств объединяют в одно непрерывное двухслойное изображение высокого пространственного разрешения с известной температурой представленных на нем объектов, первый слой которого содержит четкое и контрастное изображение видимого спектрального канала, а второй, температурный, слой содержит соответствующие первому слою пикселы тепловизионного снимка.
